select函式詳解及使用案例

1、select函式原型

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);

引數解釋：

 maxfdp——傳入引數，集合中所有檔案描述符的范圍，即最大檔案描述符值+1
 readfds——傳入傳出引數，select呼叫時傳入要監聽的可讀檔案描述符集合，select回傳時傳出發生可讀事件的檔案描述符集合
 writefds——傳入傳出引數，select呼叫時傳入要監聽的可寫檔案描述符集合，select回傳時傳出發生可寫事件的檔案描述符集合
 errorfds——傳出引數，select回傳時傳出發生事件（包括可讀和可寫）中例外事件的檔案描述符集合
 timeout——傳入引數，設定select阻塞的時間，若設定為NULL，則select一直阻塞直到有事件發生；
                                      若設定為0，則select為非阻塞模式，執行后立即回傳；
                                      若設定為一個大于0的數，即select的阻塞時間，若阻塞時間內有事件發生就回傳，否則時間到了立即回傳

fd_set是自定義的一個資料結構，可看作一個集合，存放可讀、可寫或例外事件的檔案描述符，fd_set集合通常有以下四個宏來操作：

void FD_ZERO(fd_set *fdset);  //清空fdset中所有檔案描述符
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset);  //添加檔案描述符fd到集合fdset中
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset); //將檔案描述符fd從集合fdset中去除
int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset);  //判斷檔案描述符fd是否在集合fdset中

select作業原理：傳入要監聽的檔案描述符集合（可讀、可寫或例外）開始監聽，select處于阻塞狀態，當有事件發生或設定的等待時間timeout到了就會回傳，回傳之前自動去除集合中無事件發生的檔案描述符，回傳時傳出有事件發生的檔案描述符集合，但select傳出的集合并沒有告訴用戶集合中包括哪幾個就緒的檔案描述符，需要用戶后續進行遍歷操作，

2、select優缺點

優點：

（1）select的可移植性較好，可以跨平臺；
（2）select可設定的監聽時間timeout精度更好，可精確到微秒，而poll為毫秒，

缺點：

（1）select支持的檔案描述符數量上限為1024，不能根據用戶需求進行更改；
（2）select每次呼叫時都要將檔案描述符集合從用戶態拷貝到內核態，開銷較大；
（3）select回傳的就緒檔案描述符集合，需要用戶回圈遍歷所監聽的所有檔案描述符是否在該集合中，當監聽描述符數量很大時效率較低，

3、select使用經典案例

用select函式撰寫一個簡單的高并發服務器，且假設服務器啟動時處于無連接狀態，滿足以下功能：
a)可處理來自一個新客戶端的連接請求；
b)監聽可讀事件，若已連接客戶端的已連接描述符發生可讀事件，服務器從客戶端讀取資料并處理；

服務器端代碼：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<ctype.h>

#define SERV_PORT 6666

int main()
{
  int i,j,n,maxi;
  int maxfd,listenfd,connfd,sockfd;
  int nready,client[FD_SETSIZE-1];  //FD_SETSIZE=1024,定義陣列client來儲存已連接描述符，最多1023個
  char buf[BUFSIZ], str;

  struct sockaddr_in clie_addr,serv_addr;
  socklen_t clie_addr_len;
  fd_set allset,readset;  //定義監聽描述符集合allset和發生事件描述符集合readset
 
  bzero(&serv_addr,sizeof(serv_addr));
  serv_addr.sin_family=AF_INET;
  serv_addr.sin_port=htons(SERV_PORT):  //埠號，將無符號短整型轉換為網路位元組順序
  serv_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);  //一個主機可能有多個網卡，所以是本機的任意IP地址
 
  listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //AF_INET表示使用32位IP地址，SOCK_STREAM表示使用TCP連接
  bind(listenfd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(serv_addr));  //將服務器套接字地址與套接字描述符聯系起來
  listen(listenfd,1024); //設定可監聽的連接數量為1024

  maxfd=listenfd; //初始化最大檔案描述符為監聽描述符listenfd
 
  //初始化client陣列，將陣列所有元素置為-1
  int maxi=-1;  //陣列client儲存的檔案描述符的個數，初始化為-1
  for (i=0;i<FD_SETSIZE;i++)
      client[i]=-1

  //初始化select監聽檔案描述符的集合
  FD_ZERO(&allset);     //初始化監聽集合
  FD_SET(listenfd,&allset);  //將監聽描述符listenfd添加到集合中
 
  while(1)
  {
    readset=allset;
    nready=select(maxfd+1,&readset,NULL,NULL,NULL); //select只監聽可讀事件，且為永久阻塞直到有事件發生
    if (nready<0)
       perr_exit("select error");

    //判斷listenfd是否發生事件，若發生，則處理新客戶端連接請求
    if (FD_ISSET(listenfd,&readset))
    {
       clie_addr_len=sizeof(clie_addr);
       connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clie_addr,&clie_addr_len);//與請求客戶端建立連接
       printf(“received from %s at port %d\n”,
             inet_ntop(AF_INET,&clie_addr.sin_addr.s_addr,&str,sizeof(str)),
             ntohs(clie_add.sin_port));  //列印該客戶端的IP地址和埠號
           
      //將connfd賦值給client陣列中第一個為-1的元素位置
      for (i=0;i<FD_SETSIZE;i++)
      {
         if (client[i]<0)
         {
            client[i]=connfd;
            break;
         }
      }
 
      //判斷select監聽的檔案描述符的個數是否超過上限
      if (i == FD_SIZE-1)   //減1的原因是要考慮監聽描述符listenfd也屬于select監控
      {
         fputs("too many clients\n",stderr);
         exit(1);
      }

      FD_SET(connfd,&allset);  //向監控的檔案描述符集合allset中添加新的描述符connfd
      if (connfd>maxfd)
         maxfd=connfd;   //更新最大檔案描述符值
  
      //保證maxi永遠是client陣列中最后一個非-1的元素的位置
      if(i>maxi)
         maxi=i;
       
      //如果nready=1，即只有一個發生事件的描述符，在此條件下必為listenfd，則回傳回圈位置，繼續呼叫select監控；否則繼續向下執行
      --nready;
      if （nready==0）
          continue;
    }

    //找到client陣列中發生事件的已連接描述符，并讀取、處理資料
    for (i=0;i<=maxi;i++)
    {
        sockfd=client[i];
       if (sockfd<0)  //已連接描述符失效，重新開始回圈
          continue;  
        
       if (FD_ISSET(sockfd,&readset))
       {
          n=read(sockfd,buf,sizeof(buf));
          if (n==0) //當客戶端關閉連接，服務端也關閉連接
          {
             colse(sockfd);
             FD_CLR(sockfd,&allset);  //解除select對該已連接檔案描述符的監控
             client[i]=-1;
          }
          else if (n>0)
          {
            for (j=0;j<n;j++)
                buf[j]=toupper(buf[j]);
            sleep(2);
            write(sockfd,buf,n);
          }

          --nready；
          if (nready==0)
              break;  //跳出for回圈，還在while中
       }
    }
  }
  close(listenfd);
  return 0;
} 

客戶端代碼

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>

#define SERV_IP "127.0.0.1"  //客戶端、服務端都在一臺主機上，所以直接用本機IP地址
#define SERV_PORT 6666

int main()
{
   int cfd;
   struct sockaddr_in serv_addr;
   char buf[BUFSIZ];
   int n;

   cfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
   
   memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
   serv_addr.sin_family=AF_INET;
   serv_addr.sin_port=htons(SERV_PORT);
   inet_pton(AF_INET,SERV_IP,&serv_addr.sin_addr.s_addr);  //將點十進制位元組串轉換為網路位元組序

   connect(cfd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(serv_addr));

   while(1)
   {
      fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
      write(cfd,buf,strlen(buf));
      n=Read(cfd,buf,sizeof(buf));
      write(STDOUT_FILENO,buf,n);
   }
   close(cfd);

   return 0;
}

將服務端、客戶端生成可執行檔案之后，先啟動服務器，再啟動客戶端與服務器建立連接，用戶輸入字符，服務器將讀取到的字符轉換為大寫，再寫回客戶端的螢屏上，測驗結果如下所示：
服務器會顯示客戶端的IP地址以及埠號，可發現客戶端與服務器來自同一臺主機，這是沒有問題的

客戶端會顯示用戶輸入的字串以及轉為大寫后寫回的字串，如圖：

注意：資料傳輸完畢后，一定要客戶端先斷開連接，避免服務器出現TIME_WAIT狀態，從而占用服務器資源，